Введение к работе
Актуальность темы. Соединения А^г являются одним из основных материалов, применяемых в полупроводниковой электронике. Особенный интерес представляет изучение оптических свойств увкозонных полупроводников А В5 о точки зрения использования их в оптсэлек-гронных приборах ( приемяихи излучения, светоизлучающие диода, полупроводниковые лазоры и т.п.) для инфракрасной области спектра.
Особое место в ряду полупроводниковых соединений №р занимает антиыонад индая, поскольку он является модельным полупроводником. Именно на нем лроверялись основные теории, создаваемые для кристаллов А% ( в частности, теория Кейка ). Интерес к нему вызван не только особенностями его зонной структуры ( узкая запрещенная зона, малая эффективная масса электронов, высокая иодзийность носителей ), по и срав.чителоко простой технологией изготовления монокристаллов в очень большой интервале концентраций : п - Ю12 -: 101э см"3, р - Ї011 =- І020 см"3).
Исследования рекомбинацконного излучения дают возможность ползать данные с генной структуре полупроводника, механизмах рекомбинации и т.п. В то ко вре«я данных о фотолюминесценции легированных кристаллов ахтамонида индия немного, что обусловлено очень слабой интенсивностью рекембикационного излучения. В час-.т-ности. в литературе имеются даннне о фотолюминесценции при температуре жидкого гелия только до п = 2.5-10 cy"d.
В последние годы интенсивно исследумтся гетероструктурь; с квантоворазмерными слоями, в которых проян.чяетоя целый ряд новых явлений, связанных с квантовыми свойствами электронов и дырок. Эти исследованкя представляют особый интерес для выяснения возможностей создания лазеров, работающих в ИК--диапазон*? 2 -. Ь мкм, который важен для спектроскопии смесей газов, локации в атмосферных окнах прозрачности и волоконной связч. Б полупроводниках системы АВ" для этой цели мог}? оыгъ попользованы геч-epvno-реходц ІпАз - GaSb і' мокйкристамш ) vi гетеропереходы в системе твердых растворов InAsGaSb. Эти гетеропереходы II типа могут быть применены для создания неин&екциоьиых, лазеров, глубина
- 4 -каантсвых колодцев при этом находится в пределах 0.1 - С.Ь эВ, достаточных для лазеров, работающих при комнатной температуре.
Цель работы. І.Исс -.едование спектроь фотолюминесценции кристаллов антимонида индия п- и р-тип», легированішх различными примесями.
-
Исследование фотолшинесцонцик сильно легированных кристаллов антимонида индия n-типа при Т - 77 К и I - 4.2 К.
-
Исследование фотолюминесценции двойньк гетероструктур II типа GaSb - InAs - GaSb с различными толщинами слоев InAs и возможности создания лазеров на их основе.
Методы исследования. Для решэния поставленных задач были использованы следующие экспериментальные методы: фоте- и электро-лшинесцентные измерения, холловекке измерения и расчетные методы.
Научная новизна.
-
Впервые исследованы спектры фотолюминесценции крксталлоа антимонида индия, легированных комбинациями примесей ( Zn+Ge. 2п+Сг, Сг+Мп и др.).
-
Впервые получены и исследованы спектры фотолюминесценции Кристаллов антимонида индия, легированных Те и Se до n « і'10і см*3 при Т = 4.2 К и до п « І-101 см""3 при Т ~ 77 К.
-
Впервые получены спектры фотоламинесценции двойных гете-роструктур GaSb - InAs - GaSb с толщиной слоя InAs от 10 А до SO А.
-
Показана возможность создания полупроводниковых лазеров на основе двойных гетеропереходов GaSb - InAs - GaSb, работающих при комнатной температуре.
На защиту выносятся следующие научные положения.
I. Максимумы спектров фотолюминесценции сильно легированных кристаллов n-InSb при температуре жидкого гелия лежат в более коротковолновой области чем при температуре жидкого азота. Излучение в области максимума определяется рекомбинацией электронов, находящихся на уроэне Ферми, с дырками в вершине валентной зоны. Отличие спектров люминесценции при I - 4.2 К от спектров при Ї-77 К объясняется захватом .іі'рок в потенциальные ямы в а^р'й:-.?
валентной зоны, образованных из-за флуктуации концентрации доноров .
-
Начичие второй линии излучемія в спектрах фотолюминесценции кристаллов n-InSb, легированных Se, при Т = 4.2 К обусловлено участием з процессе рекомбинации примесной зоны селена, отщепленной от дна зоны проводимости.
-
Фотолюминесценция в дьсйной гетерострухтуре II типа GaSb -InAs - GaSb определяется переходами со дна подзоны размерного квантования квазидвуиерных электронов, образованного в слое ІпАз, на вершину валентной зоны GaSb.
-
Положение уровня размерного квантования зависит от толщины слоя InAs, и с достаточной точностью описывается двухзонной моделью Кейна. При этом слой ІпАз аппроксимируется прямоугольной потенциальной ямой. Для тонких слоев InAs ( d < 10 А ) можно воспользоваться приближением 5-функции.
Практическая значимость.
І. Основные результаты работы показывают принципиальную возможность создания лазеров на основе двойных гетерострухтур И типа GaSb - InAs - GaSb, работающих при комнатной температуре в области длин волн 2-=-5 мкм.
Апробация результатов работы. Результаты работы дскладыЕа-лись на семинарах ФТИ им. А.Ф.Иоффе и на Международном симпозиуме "Manostruciures: Physics and Technology" (г.Санкт-Петербург, 13 - IB июня І993 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы имеется і печатная работа, данные о которой приведены а конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глэе, основных результатов работы и списка литературы из 93 наименований. Объем работы - 101 страница, включая 31 рисунок.
